量子計算：電腦中的“戰鬥機”
如果把現在傳統的電子電腦比作自行車，那麼，量子電腦就好比飛機。量子電腦為何可以成為電腦界的“戰鬥機”？這與它的計算原理密切相關。
現有的電子電腦，1個物理比特只能存儲1個邏輯態——或者0，或者1。而量子電腦利用的是量子的相干疊加原理，可以製備在兩個邏輯態0和1的相干疊加態，換句話講，1個量子比特可以同時存儲0和1。
這意味著什麼呢？意味著量子電腦的處理能力將隨著比特數的增加而呈指數級上升。量子電腦有N個比特，就可以一次對2的N次方個數進行數學運算，相當於經典電腦算上2的N次方次。
量子計算計算能力隨可操縱的粒子數呈指數增長，這可以為經典電腦無法解決的大規模計算難題提供有效解決方案。
“分解300位大數，利用萬億次經典電腦需要15萬年，利用萬億次量子電腦只需要1秒。”潘建偉預測，2020年左右超導量子電腦就可以操縱50個量子比特，屆時就可以實現“量子稱霸”，在處理一些特定問題的能力上超越經典電腦中計算能力最強的超級電腦。10年內量子電腦將可能實現對100個粒子的相干操縱，屆時它處理特定問題的能力就可以達到現有最強超級電腦的百億億倍，或者目前全世界計算能力總和的百萬倍。
正是由於量子計算的巨大潛在價值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源，開展協同攻關，同時，大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等也強勢介入量子計算研究。
中國科學家也加入了這場角逐，並取得了相當亮眼的成果，並對下一步發展進行了部署。
潘建偉介紹，我國將要啟動的人工智慧2.0計劃中，就有量子人工智慧的專門部分，其技術基礎就是量子電腦。而在這之前，“我們首先要通過三五年努力，實現量子稱霸，讓量子電腦在某些特定問題上超越經典超級電腦”。
展望未來：遇到難題交給“量子”
在實驗室裏，陸朝陽帶記者參觀了光量子電腦。
光量子電腦包含3個主要部分。第一部分是單光子源，在零下269攝氏度的低溫中，這個設備通過鐳射激發量子點，每次産生一個高品質的單光子，是國際上最高品質和最高效率的單光子源。“目前我們搭建的這個設備是國際上綜合性能最優的，産生的單光子品質比國際第二名要高10到100倍。”陸朝陽自豪地説。
第二部分是超低損耗光量子線路。單光子通過開關分成5路，通過光纖導入主體設備光學量子網路。
第三部分是單光子探測器，探測矩陣中得到的量子計算結果。
多粒子糾纏的操縱作為量子計算的核心資源，一直是國際角逐的焦點。在光子體系，潘建偉團隊在多光子糾纏領域始終保持著國際領先水準，並於2016年底把紀錄刷新至10光子糾纏。光量子電腦就是在這個基礎上，團隊利用自主發展的綜合性能國際最優的量子點單光子源，通過電控可編程的光量子線路構建而成。
顧名思義，量子電腦需要對量子進行高精度調控，這需要極低的溫度。目前發展最快的三大量子電腦體系中，光量子電腦可以在室溫下運作，但要在零下269攝氏度的低溫中産生單光子；超導量子電腦的CPU晶片可以在常溫下展示，但它的真正運作必須在接近絕對零度（零下273.15攝氏度）的環境中進行；超冷原子量子電腦更不負其名，所需的低溫是三者中最低的，最接近絕對零度。
“量子電腦可以實用化，未來全世界會有很多臺，但不需要家家都有。”潘建偉説，量子電腦可以和現有的經典電腦配合使用。以現有的手機終端為例，手機就是小型電腦，它要做成低溫的量子電腦，會很難、也沒有必要。“但你可以通過雲計算平臺，用手機把需要完成的計算任務送到雲端，讓後臺的量子電腦來完成。”
潘建偉表示，傳統電腦能算好的問題，量子電腦不需要再去介入。量子電腦瞄準的，是傳統電腦不能解決的難題，“比如玻色取樣對經典電腦太難了，量子電腦在這方面就顯得特別強大”。
當量子電腦實用化以後，它能解決哪些實際應用領域的難題呢？
密碼分析、氣象預報、藥物設計、金融分析、石油勘探、人工智慧、大數據……總之，那些需要超大計算量的難題，交給量子電腦就對了！（經濟日報·中國經濟網記者佘惠敏）
